新型隧道防火涂料的研制及其施工与应用
龙军林1 左志康2 王军委2 贾虎昌2 贺军会2 贺少鹏2
（1. 宝鸡市宝防化工新材料研究所，陕西宝鸡 721303 ；2. 宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司，陕西宝鸡 721303）
0 引言
随着我国经济建设的高速发展，高速公路、铁路隧道日益增多，目前，我国公路、铁路交通网络的隧道总长度已经超过8 000 km。隧道不仅是交通运输、输水和输电的通道，也是输电电缆的通道，一旦发生火灾，着火点周围温度升温极快，短时间内会聚集大量有毒有害气体，瞬间内凶猛的火势以及长时间的高温会对隧道内部设施、设备造成严重损坏。实践证明：隧道中火灾持续时间超过90 min，温度高达1 000℃以上，混凝土结构会炸裂，产生塌陷，危及救火人员的生命安全，造成更大的生命财产损失。在各种事故中，公路和地铁火车隧道火灾是抢救难、中断行车时间长、经济损失大的事故。为此，国内外在隧道防火方面颁布了一系列技术规范、标准和要求，我国相关隧道规范和标准有GA 98—2005《混凝土结构防火涂料》、GB 14907—2002《钢结构防火涂料》、GBJ 16—1987《建筑设计防火规范》、JPJ 026—1990《公路隧道设计规范》等。
隧道内钢筋混凝土结构虽然不是燃体，但其耐火性有限，为了使其在火灾发生时免遭破坏，必须对隧道结构采取防火措施。当发生火灾时，确保其结构稳定性和安全性，减少灾情和维修费用，缩短修复时间，采用隧道防火涂料对隧道进行保护是一种为有效的方法。隧道防火涂料除了要防止烃类火灾之外，同时要考虑到隧道所处环境的湿度大、温度变化大、行车产生强烈震动、烟气灰尘不易散发、隧道内部噪音大等特点。本文介绍了一种新型隧道防火涂料的研制，适用于公路和铁路隧道，各种地下工程等有防火保温要求的涂装保护，其防火性能高，黏结强度高，施工简便，性价比高。
隧道内钢筋混凝土结构虽然不是燃体，但其耐火性有限，为了使其在火灾发生时免遭破坏，必须对隧道结构采取防火措施。当发生火灾时，确保其结构稳定性和安全性，减少灾情和维修费用，缩短修复时间，采用隧道防火涂料对隧道进行保护是一种为有效的方法。隧道防火涂料除了要防止烃类火灾之外，同时要考虑到隧道所处环境的湿度大、温度变化大、行车产生强烈震动、烟气灰尘不易散发、隧道内部噪音大等特点。本文介绍了一种新型隧道防火涂料的研制，适用于公路和铁路隧道，各种地下工程等有防火保温要求的涂装保护，其防火性能高，黏结强度高，施工简便，性价比高。
1 实验部分
1.1 原材料
黏结剂：高铝水泥和42.5R 硅酸盐水泥，市售品；可分散胶粉，德国瓦克。
耐火隔热阻燃材料：硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠等，市售品。
膨胀阻燃材料：聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、硼酸锌、氢氧化铝等，市售品。
助剂：消烟剂、引气剂、减水剂、缓凝剂等，德国瓦克。
1.2 配方的确定
研制的新型隧道防火涂料由复合黏结剂、耐火隔热阻燃材料、发泡材料、助剂等组成。
以GA 98—2005《混凝土结构防火涂料》技术指标为依据，通过大量实验，终优选出新型隧道防火涂料配方如下：
原材料 用量/kg
复合黏结剂 45~50
耐火隔热阻燃材料 30~40
膨胀阻燃材料 5~10
助剂 3~5
1.3 生产工艺
先把硅酸盐水泥、高铝水泥和可再分散胶粉混合均匀，然后依次加入硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠等，分散均匀后再加入发泡材料，后加入助剂，混合均匀，出料，包装。
1.4 性能检测
1.4.1 样板制备
将配制的新型隧道防火涂料与水按100∶80~85的配比搅拌均匀成浆料，按照GB 9152 制备样板，养护后进行性能检测。
1.4.2 性能检测
依据GA 98—2005《混凝土结构防火涂料》和公安部四川消防研究所提出的《隧道防火涂料技术要求》来检测新型隧道防火涂料的各项性能指标。经四川都江堰国家防火建筑材料质量监督检验中心检测，研制的新型隧道防火涂料的性能指标见表1。
上述检测结果表明：研制的新型隧道防火涂料耐火极限高于GA 98—2005《混凝土结构防火涂料》标准要求，其他指标均符合相关标准要求。研制的新型隧道防火涂料具有优良的黏结强度，隧道在车流的震动和外力的作用下，涂层稳定性好；当火灾发生时，较长的耐火时间有利于消防和减轻灾情，缩短修复时间，降低财产损失。
2 结果与讨论
2.1 黏结剂用量的影响
黏结剂以硅酸盐水泥为主，配用适量的高铝水泥和可再分散胶粉。硅酸盐水泥具有耐水、耐碱、不燃等性能，如与高铝水泥复配后，耐温性可超过1 200℃，而可再分散胶粉可提高涂料的黏结强度和内聚力，增强涂料的耐久性、耐磨性、抗冲击性和抗弯强度。经实验表明：当黏结剂用量在40%~50%，可再分散胶粉用量在2.5%~3% 时，能显著改善隧道防火涂料的黏结强度和耐火极限，使涂料达到高的耐火值和佳施工性。黏结剂用量对隧道防火涂料性能的影响见表2。
表2 黏结剂用量对隧道防火涂料性能的影响
表2 黏结剂用量对隧道防火涂料性能的影响
可再分散胶粉用量对隧道防火涂料性能的影响见表3。
2.3 耐火隔热阻燃材料的影响
耐火隔热阻燃材料由硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠等组成。硅酸铝棉具有密度小、耐碱、耐酸等特点，利用其特点可以提高涂料在干燥过程中的抗龟裂性、高温下的抗裂性和低温冻融稳定性，又可增加涂料的机械性能。海泡石具有悬浮功能，可改善涂料的稳定性［4］。蛭石是一种充满细小孔隙的优良绝热材料。珍珠岩是一种天然酸性玻璃质火山熔岩非金属矿产品，具有优良的耐热性和吸音性。空心微珠是一种陶瓷粉末材料，具有极高的抗压强度和低导热系数，可提高涂料的孔隙率和耐火隔热性能。
实验表明：由硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠组成的无机耐火隔热材料具有耐高温、密度小、耐火隔热性好等优点，其用量对隧道防火涂料耐火性能的影响见表4。
注：a—海泡石；b—硅酸铝棉；c—蛭石；d—珍珠岩；e—空心微珠。
表4 表明：海泡石（a）/ 硅酸铝棉（b）/ 蛭石（c）/珍珠岩（d）/ 空心微珠（e）配比为0.5∶1.5∶2∶3∶3时，达到佳的防火效果。
2.4 发泡材料的影响
发泡材料是由聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺（MEL）、季戊四醇（PER）组成的P-N-C 高温发泡阻燃体系，虽然其用量很小，但可进一步提高涂层着火后的孔隙率，且加入适量的硼化物和铝氧化物等无机添加剂，可有效地阻隔火焰和热量，降低热量向内传递速度，从而提高耐火极限，既达到防火保护的目的，又能弥补耐火隔热阻燃材料的不足来提高涂料的耐火性。其用量不超过总量的7%。
2.5 助剂的影响
2.5 助剂的影响
助剂由消烟剂、引气剂、减水剂、缓凝剂等组成，既可增强涂料的耐火性，又可改善和提高涂料的施工性。
3 隧道防火涂料的施工与应用
3.1 隧道防火涂料的施工
隧道防火涂料的施工直接决定涂膜的质量和涂装效果。隧道防火涂料的粒度较大，黏度也较大，一般采用空气喷涂法。
3.1.1 基层处理
（1） 施工缝错台部位要用角磨机进行切削打磨平整，防止防火涂料施工后表面不平整。
（2） 将隧道砼表面的浮尘、油污等清洗干净，并洒水润湿。
（3） 修补凹凸不平的地方，确保隧道砼表面的平整。
（4） 漏水部位一定要止水补漏。
（5） 混凝土表面碱性很强，吸水率高，施工前应尽量干燥，含水率应小于8%，pH 小于8。
3.1.2 涂料施工
（1） 将隧道防火涂料与水按100∶70~80 配比混合，用搅拌机搅拌8~10 min，一定要确保搅拌时间，配制成稠浆状。涂料黏度调整到施工时不发生流淌和下坠现象为宜。
（2） 用少量的浆料做成间距为2.5 m 的横条状厚度标志，作为喷涂施工的参照物。
（3） 用喷涂机从隧道的腰部向顶部（自下而上）进行喷涂，每次喷涂厚度为5 mm 左右。
（4） 每隔24 h 喷涂1 次，如此循环，直至喷涂到设计规定厚度。必须在前道涂料干燥后方可喷涂下道涂料，喷涂时应确保涂层均匀平整。
（5） 喷涂后的涂层应均匀平整、无开裂和空鼓等现象。
3.2 隧道防火涂料的应用
研制的隧道防火涂料在现场加水搅拌均匀后即可使用，具有容重轻、导热率低、阻燃隔热效果显著、无毒无味等优点，施工简单方便。该隧道防火涂料于2009 年11 月首次涂装在广悟高速公路云浮段公路隧道，面积达87 000 m2。通过近两年的观察，运行情况良好。其耐火时间长，黏结强度高，良好的施工性，得到广悟高速公路管理处好评，被评为优良工程。2010 年5 月涂装在甘肃天（水）定（西）4 标段大象山隧道，至今仍完好如初，无任何脱落和空鼓等现象，得到中交二局三处的高度赞扬。
4 结语
研制的新型隧道防火涂料耐火性优异，涂层厚度达19 mm 时，耐火极限超过215 min，大大超过了目前国家标准要求的120 min 的耐火极限；较高的黏结强度和耐火性达到和超过行业标准及规范，可有效降低涂层厚度，节约资源。新型隧道防火涂料作为一种价格低廉、对隧道保护作用明显的涂料，在预防隧道火灾、提高隧道结构耐火极限方面起到了重要作用，并在降低外部火灾带来的损失和缩减修复成本方面，将产生潜在的、较大的经济效益和社会效益。
